肿瘤热疗生物学机制研究进展

作者：张馨予

(2)线粒体依赖途径：线粒体提供细胞内各种物质代谢所需要的能量，能够调节膜电位并控制细胞程序性死亡。细胞凋亡的内在途径是由Bcl-2家族控制，通过线粒体调控的细胞凋亡途径。研究表明热疗通过激活Bcl-2家族成员如Bax和Bak，诱导线粒体通透性转换孔(mitochondrial permeability transition pore，mPTP)开放使线粒体外膜通透性增加，电子转运及氧化磷酸化过程受阻碍，随后其内部细胞色素C (cytochrome-c，Cyt-c)、活性氧(reactive oxygen species，ROS)、凋亡诱导因子、促凋亡蛋白Smac/Diablo、HtrA2/Omi等进入细胞质中。其中Cyt-c与凋亡酶激活因子结合形成凋亡体(apoptosome)，该结构可招募并活化上游的启动子Caspase-9，随后Caspase-9裂解并激活下游的Caspases-3、Caspases-6、Caspases-7，从而引发细胞凋亡[8]。而热疗可上调此过程中的Caspase-9、Caspases-3、Caspases-6、Caspases-7等关键因子的表达，激活线粒体依赖途径的细胞凋亡[5]。

(3)内质网相关性死亡途径：内质网是细胞内参与蛋白质的合成、加工和运输的重要细胞结构，也是真核生物中钙储存以及脂类和甾醇生物合成的主要细胞器。高热可破坏内质网功能，导致其分泌蛋白质的能力受损，未折叠蛋白和错误折叠蛋白累积，引发内质网应激反应(endoplasmic reticulum stress response，ESR)，其特征表现为热疗后GRP78、GRP94等内质网分子伴侣表达的增加[9]。为了维护内环境的稳定，清除错误蛋白，ESR会引发未折叠蛋白反应(unfolded protein response，UPR)，诱导一系列转录和翻译事件，增强肿瘤细胞生存能力，促进肿瘤转移；当UPR的适应性反应无法恢复内环境稳态，将导致细胞凋亡[10]。Shellman等[11]研究表明热疗能够激活Caspase-3/Caspase-7、Caspase-12/Caspase-4，从而诱导内质网介导的细胞凋亡。

(4) ROS与细胞凋亡：ROS是指机体内或者自然环境中由氧组成，含氧并且性质活泼的物质的总称，主要来源于线粒体，也可来源于内质网。作为细胞内和细胞间的第二信使，ROS调节许多信号分子，正常情况下产生和消耗保持动态平衡。热疗可引起机体细胞的防御适应性应激反应，称为热休克反应，此过程中防御性分子热休克蛋白(heat shock protein，HSP)合成大量增加，ROS表达也上调。ROS的少量增加能促进HSP生成，起到促进细胞生存的作用；而ROS过度累积将导致细胞内氧化还原平衡被破坏并发生氧化应激，受到刺激的吞噬细胞可由ROS介导发挥吞噬和杀伤作用而促进细胞死亡[12]。Hsu等[13]研究显示，抗氧化剂维生素C显著降低高热介导的增殖抑制、Caspase-9/Caspase-8活性以及凋亡，这些数据表明ROS的产生激活了线粒体和死亡受体的凋亡途径。细胞内活性氧的生成能促进mPTP开放、p53分子进入线粒体以及Cyt-c的释放，激发线粒体依赖途径的细胞凋亡[14]。此外，ROS的产生能提高促炎细胞因子如TNF、IL-6、IL-1和和NO2的含量并参与抗原呈递过程中蛋白质的处理，从而在先天性免疫和适应性免疫中发挥作用。

2．诱导细胞坏死：

传统观点认为细胞坏死是非程序性的病理性死亡，但越来越多的证据表明细胞坏死也具有"程序性调控"的特征，称为程序性细胞坏死(programmed necroptosis)。程序性细胞坏死又可分为坏死性凋亡(necroptosis)、焦亡(pyroptosis)、铁死亡(ferroptosis)、中性粒细胞胞外铺网(neutrophil extracellular traps, NETs)等。不同于细胞凋亡，细胞坏死的一个重要特征是细胞膜结构的破坏，并将大量内容物释放到周围环境，暴露损伤相关分子模式，引起全身性的炎症和免疫反应。Basu等[15]证明细胞坏死可释放大量HSP到肿瘤微环境(tumor microenvironment，TME)中，肿瘤细胞碎片在微环境中还作为抗原被加工、呈递，从而激活T细胞，诱导特异性抗肿瘤免疫反应。

既往研究认为热疗诱导肿瘤细胞凋亡的方式更易于控制而得到更多关注和研究，而随着近年来对程序性坏死的研究愈深，其在抗肿瘤治疗中的优势显现出来：一方面能克服部分肿瘤细胞对凋亡天然的抵抗，另一方面具有更强的免疫原性，容易诱导机体的抗肿瘤免疫反应。热疗可促进大量不同种类的免疫细胞如CD8+、CD4+T细胞、自然杀伤(natural killer，NK)细胞、巨噬细胞和树突状细胞(dendritic cell，DC)渗入肿瘤坏死区，从而激活机体免疫系统，发挥免疫作用[16,17]。然而新招募的炎性细胞也可能促进肿瘤血管生成和肿瘤转移，导致免疫抑制的TME形成。因此，深入研究程序性细胞坏死分子机制及其与免疫系统的相互作用，对抗肿瘤治疗的研究具有重要意义。

间接杀伤肿瘤细胞

热疗不仅能直接杀伤肿瘤细胞，还能对其生存环境产生影响。TME是肿瘤细胞产生和生活的内环境，其由肿瘤细胞、肿瘤间质细胞、微血管、免疫细胞及各种理化因素共同组成，且具有低氧、高压、低pH等特点。肿瘤生物学行为依赖于TME，通过调节TME的免疫状态可以影响肿瘤进展。热疗杀灭肿瘤的机制不仅是简单的诱导肿瘤细胞坏死和凋亡，还能通过抑制肿瘤血管的生成抑制其生长或通过增加血流灌注、激活机体免疫反应等途径调节TME免疫状态，最终诱导肿瘤细胞死亡[18]。

1．抑制血管生成：